DE926127C

DE926127C - Verfahren zur Konvertierung von Kohlenoxyd und Wasserdampf in Kohlendioxyd und Wasserstoff

Info

Publication number: DE926127C
Application number: DEB22523A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dr Krome; Ferdinand Dipl-Ing Markert
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1952-10-19
Filing date: 1952-10-19
Publication date: 1955-04-07

Description

Verfahren zur Konvertierung von Kohlenoxyd und Wasserdampf in Kohlendioxyd und Wasserstoff Es ist bekannt, Kohlenoxyd und Wasserdampf bei gewöhnlichem oder erhöhtem Druck in Kohlendioxyd und Wasserstoff zu konvertieren und hierbei Wärmetauscher zur Aufheizung des Frischgases durch das aus dem Reaktionsofen abziehende konvertierte Gas und Wasser als Wärmeträger zwischen konvertiertem Gas und Frischgas zu verwenden: Man kann nun, wie an anderer Stelle gezeigt wurde, die bei der Konvertierung in der oder den Katalysatorschichten auftretende und abzuführende Reaktionswärme zur Erzeugung von Hochdruckdampf verwenden und diesen z. B. in Turbinen zur Stromerzeugung auf den Druck entspannen, mit dem die Konvertierung betrieben wird, und dann zur Deckung des bei der Konvertierung benötigten Zusatzdampfes dem zu konvertierenden Gas zugeben. Es wurde nun gefunden, daß es besonders vorteilhaft ist, mit dem bei der Konvertierung in der beschriebenen Weise erzeugten Hochdruckdampf Dampf von niedrigerem Druck als der, mit dem die Konvertierung betrieben wird, zu komprimieren und den so komprimierten Dampf ebenfalls als Zusatzdampf bei der Konvertierung zu verwenden, wobei der Druck, auf den der Dampf in der Dampfturbine entspannt und der Druck, auf den der zu komprimierende Dampf im Kompressor gebracht wird, so gewählt wird, daB der Dampf bzw. sein Wärmeinhalt zur Sättigung der zu konvertierenden Gase dient.
Man kann ferner auch den Zusatzdampf der Konvertierung mit geringerem Druck zuführen als der ist, mit dem die Konvertierung selbst betrieben wird. Zu diesem Zweck wird derWärmeinhalt des Zusatzdampfes in einem Röhrenwärmetauscher an das Kreislaufwasser der Konvertierung abgegeben. Führt man diese Maßnahme im vorliegenden Fall ein, erfolgt also die Wärmeabgabe des in der Dampfturbine entspannten und im Kompressor verdichteten Dampfes an das Kreislaufwasser ebenfalls in einem Röhrenwärmetauscher bei geringerem Druck. als dem der Konvertierung, so wird das Wärmegefälle für die Turbine größer und der Wärmeaufwand für die Kompression geringer.
Man kann weiterhin, insbesondere bei der Druckkonvertierung, einen Teil der nicht an das Frischgas übertragbaren Wärme des konvertierten Gases zur Dampferzeugung verwenden. Der hierbei erzeugte Dampf hat im allgemeinen einen Druck von 2 bis 5 ata.
Es hat sich nun gezeigt, daß es vorteilhafter ist, mit dem in der Konvertierung selbst erzeugten Hochdruckdampf über eine Dampfturbine und einen Dampfkompressor den in der Konvertierung erzeugten Niederdruckdampf zu komprimieren. Da in den meisten Fällen die in der Turbine erzeugte Energie nicht zur Kompression des erzeugten Niederdruckdampfes ausreicht, muß die Turbine mit einem Elektromotor gekuppelt werden, der die fehlende Energie für die Dampfkompression liefert.
Das Verfahren ist deshalb besonders wertvoll, weil ein Teil der Kompressionswärme des Niederdruckdampfes und die nicht in mechanische Energie umgesetzte Wärme des Hochdruckdampfes nicht verlorengehen, sondern der Konvertierung als Wärme zugeführt werden.
Das neue Verfahren sei an Hand der Zeichnung näher erläutert.
Das zu konvertierende Frischgas tritt bei i in die Anlage ein und gelangt über drei Sättigungsstufen (Sättiger 2, 3, 4) und nach Zugabe des fehlenden Frischdampfes bei 5 über den Vorwärmetauscher 6, den Zwischenwärmetauscher 7 in die erste Katalysatorschicht des Ofens B. Das durch die Reaktion in der ersten Katalysatorschicht aufgeheizte Gas erzeugt im Dampfkessel g Dampf, kühlt sich dabei ab und wird an die zweite Katalysatorschicht gegeben. Die Reaktionswärme der zweiten Schicht wird im Wärmetauscher 7 an das Frischgas abgegeben und von diesem wieder in den Ofen zurück auf die dritte Katalysatorschicht geführt. Das den Ofen 8 unten verlassende konvertierte Gas strömt zur Aufheizung des Frischgases durch den bereits erwähnten Vorwärmetauscher 6 in die beiden Kühler io und ii, geht über die Leitung 12 einem nicht gezeichneten Schlußkühler zu undvon diesem in die weitere Verarbeitung.
Die erste Sättigungsstufe des Frischgases (Sättiger 2) arbeitet mit der letzten Stufe des Kühlers ii über einen Wasserkreislauf zusammen. Das im Sättiger 2 abgekühlte Kreislaufwasser wird über eine Pumpe zum Kühler ii und von diesem wieder zum Sättiger 2 gegeben. Ebenfalls arbeitet die zweite Sättigungsstufe (der Sättiger 3) mit dem Kühler io zusammen. Das vom Sättiger 3 abfließende Kreislaufwasser wird über eine Pumpe durch den Dampfkessel 13 dem Kühler io zugeführt und von diesem auf den Sättiger 3 zurückgepumpt: Die vom konvertierten Gas nicht an das Frischgas zu übertragende Wärmemenge wird durch diese Schaltung im Dampferzeuger 13 in Niederdruckdampf verwandelt.
Der im Dampferzeuger g erzeugte Dampf, beispielsweise solcher von ioo at und einer Temperatur von 5oo°, leistet in der Dampfturbine 15 mechanische Arbeit und treibt den Kompressor 14 an,. in welchem der im Dampfkessel 13 erzeugte Niederdruckdampf komprimiert wird. Der Gegendruckdampf der Turbine 15 wird im Kondensator 17 niedergeschlagen und wieder zur Verdampfung in den Kessel g gegeben. Der im Dampfkessel 13 erzeugte und im Kompressor 14 komprimierte Dampf wird im Kondensator 18 verflüssigt. Das Kondensat fließt zur Niederdruckdampferzeugung in den Dampfkessel 13 zurück. Die Kondensatoren 17 und 18 beheizen den Wasserkreislauf der dritten Sättigungsstufe (Sättiger 4), in dem das Frischgas weiter mit Wasserdampf beladen wird.
Sofern die erzeugte Hochdruckdampfmenge nicht ausreicht, um mit Turbine 15 den Kompressor 14 anzutreiben, ist noch ein Elektromotor 16 vorgesehen, welcher die fehlende Energie für die Dampfkompression liefert.
Das folgende Beispiel erläutert das Verfahren an Hand von Zahlen.
Die Konvertierung eines Gases mit einem Kohlenoxydgehalt von 49,8 °/o auf ein solches mit 3,7 °/o Kohlenoxyd bei 27 at hat ohne Hochdruckdampferzeugung und ohne Dampfkompression einen Frischdampfverbrauch von 0,246 kg/Nm3. In der gleichen Konvertierung können aus nicht an das Frischgas übertragbarer Wärme des konvertierten Gases o,iio kg Dampf je Normalkubikmeter Frischgas von 4 ata erzeugt werden.
Bei dieser Konvertierung läßt sich je Normalkubikmeter Frischgas eine Hochdruckdampfmenge von o,igi kg/Nm3 erzeugen. Entspannt man nun den Hochdruckdampf in einer Turbine auf 2o ata und komprimiert den erzeugten Niederdruckdampf auf 17 ata und führt die Wärme des entspannten und komprimierten Dampfes über einen Röhrenwärmetauscher dem Kreislaufwasser der Konvertierung zu, so sinkt der Frischdampfverbrauch auf 0,46 kg/Nm3 Frischgas. Es ist noch ein zusätzlicher geringer Strombedarf für die Dampfkompression vorhanden, der je nach Wirkungsgrad von Turbine und Kompressor für iooo m3 zu konvertierendes Gas zwischen 3 und 8 kWh liegt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Konvertierung von Kohlenoxyd und Wasserdampf bei gewöhnlichem oder erhöhtem Druck in Kohlendioxyd und Wasserstoff unter Verwendung durch das abziehende konvertierte Gas das Frischgas aufheizenden Wärmetauschern und Benutzung von Wasser als Wärmeträger zwischen konvertiertem Gas und Frischgas in Reaktionsgefäßen mit mehreren Katalysatorschichten und einer Dampf von hohem Druck- und hoher Temperatur erzeugenden Vorrichtung zwischen den Schichten, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Dampf zum Betrieb einer einen Dampfkompressor antreibenden Turbine dient, welche Dampf von geringem Druck komprimiert, wobei der Druck, auf den der Dampf in der Dampfturbine entspannt, und der Druck, auf den der zu komprimierende Dampf im Kompressor gebracht wird, so gewählt wird, daß der Dampf bzw. sein Wärmeinhalt zur Sättigung der zu konvertierenden Gase dient.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeabgabe des in der Dampfturbine entspannten und im Kompressor verdichteten Dampfes an das Kreislaufwasser der Konvertierung in Röhrenwärmetauschern erfolgt, in denen der Dampf bei einem geringeren Druck als demjenigen, unter dem die Konvertierung arbeitet, kondensiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zu komprimierende Dampf in der Konvertierung selbst erzeugt wird, indem die nicht vom konvertierten Gas an das Frischgas zu übertragende Wärme zur Dampferzeugung unter niedrigerem Druck verwendet wird. q.. Verfahren nach Ansprüchen i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Turbine und Kompressor zusammen mit einem Elektromotor gekuppelt sind, der gegebenenfalls fehlende Energie für die Dampfkompressoren liefert.